無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)主要包括三方面，即傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。
　　(1)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種智能網(wǎng)絡(luò)，它由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，能夠通過(guò)自組織的方式進(jìn)行信息采集和處理，利用無(wú)線通信相互傳遞信息，協(xié)同完成指定任務(wù)。通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各部分相互協(xié)作地感知、收集和處理監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給用戶，人們可以直接感知物理世界，從而地改進(jìn)了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能，并提高了人類認(rèn)識(shí)世界的能力。
　　傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括三類節(jié)點(diǎn)，即傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，大量傳感器節(jié)點(diǎn)一般被隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域中，并通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)不僅負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在各傳感器節(jié)點(diǎn)間被逐跳進(jìn)行傳輸，經(jīng)多跳路由后到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，期間可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以提高信息的精度并降低冗余度。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)   后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶也可以通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制，下達(dá)監(jiān)測(cè)任務(wù)并收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　傳感器節(jié)點(diǎn)一般是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，具有計(jì)算、存儲(chǔ)和通信能力，除作為網(wǎng)絡(luò)終端外，還兼具路由器的功能。傳感器節(jié)點(diǎn)不僅負(fù)責(zé)本地信息的收集和處理，還要作為中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)和融合來(lái)自其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，相互協(xié)同地完成一些網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。受體積、成本和部署環(huán)境等因素的限制，傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力較弱，存儲(chǔ)容量較小，通信能力有限。
　　匯聚節(jié)點(diǎn)又稱為基站，具有較強(qiáng)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和通信能力。匯聚節(jié)點(diǎn)連接了傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)，它把傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給外部網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)把管理節(jié)點(diǎn)提交的監(jiān)測(cè)任務(wù)發(fā)布給傳感器節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)可以被看作   節(jié)點(diǎn)，有足夠的能量供給和計(jì)算存儲(chǔ)資源。
　　(2)傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
　　傳感器節(jié)點(diǎn)通常包括四部分模塊：傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供應(yīng)模塊。部分敏感部分采用傳感器外殼加以封裝保護(hù)。其中傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)溫度、濕度、光線、聲音等信息的采集和將其進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，它由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元組成；處理器模塊負(fù)責(zé)控制傳感器節(jié)點(diǎn)各部分的操作，存儲(chǔ)和處理本身以及來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通常需要包含一個(gè)操作系統(tǒng)，如MANTIS、TinyOS、SOS等；無(wú)線通信模塊用于節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線通信，交換控制消息和收集發(fā)送采集數(shù)據(jù)；能量供應(yīng)模塊的供電通常由微型電池提供，負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。
　　由于傳感器節(jié)點(diǎn)自身攜帶的電池能量有限，且部署區(qū)域環(huán)境一般比較復(fù)雜，因而通過(guò)電池   換和補(bǔ)充能量是不現(xiàn)實(shí)的。在傳感器節(jié)點(diǎn)的三大耗能模塊中，無(wú)線通信模塊消耗能量   多。在無(wú)線通信模塊具有的發(fā)送、接收、空閑和睡眠四種狀態(tài)中，發(fā)送狀態(tài)能耗   大。在空閑狀態(tài)，無(wú)線通信模塊進(jìn)行無(wú)線偵聽，此時(shí)能耗和接收狀態(tài)相當(dāng)，略少于發(fā)送狀態(tài)。而在睡眠狀態(tài)，由于通信模塊被關(guān)閉，此時(shí)能耗   少。所以，為了   使用能量以   大化網(wǎng)絡(luò)生命，在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)應(yīng)考慮盡量減少不   的轉(zhuǎn)發(fā)和接收，無(wú)需通信時(shí)應(yīng)使節(jié)點(diǎn)盡可能多的處于睡眠狀態(tài)。
　　(3)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧是在傳統(tǒng)開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI)的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)和應(yīng)用，進(jìn)行細(xì)化和改進(jìn)而的。典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧構(gòu)成主要由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)以及應(yīng)用支撐平臺(tái)三大部分組成。
　　其中分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與Internet網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議體系類似，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層組成。其中物理層負(fù)責(zé)選擇信道，調(diào)制信號(hào)和收發(fā)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)為網(wǎng)絡(luò)提供無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)和選擇；傳輸層負(fù)責(zé)傳輸和控制數(shù)據(jù)，用于服務(wù)質(zhì)量；應(yīng)用層包括一系列的應(yīng)用軟件，可以提供應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口。
　　網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)的主要功能有兩方面，一是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)自身的管理，二是用戶對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。它包括拓?fù)淇刂?、服?wù)質(zhì)量管理、能量管理、   管理、移動(dòng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理等。應(yīng)用支撐平臺(tái)包括基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的一系列應(yīng)用層軟件，它是以分層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)為基礎(chǔ)而建立的，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)接口和網(wǎng)絡(luò)管理接口為用戶提供與應(yīng)用相關(guān)的支持。